В итоге можно утверждать, что

, (5.3)

т.е. на горизонтально отклоняющие пластины осциллографа подаётся сигнал, пропорциональный напряжённости электрического поля в исследуемом сегнетоэлектрике.

Таким образом, на экране осциллографа будет представлена зависимость между электрическим смещением D и напряжённостью E поля в сегнетоэлектрике.

Зная чувствительность Kx и Ky осциллографа, по осям x и y можно найти величины

Ux = Kx x и Uy = K­y y, (5.4)

где х и у – отклонения электронного луча по осям х и у. Из соответствия (5.1) и (5.2) с учётом (5.3) можно найти

и . (5.5)

Из соотношений (2.4), (5.2) и (5.5) можно получить значение диэлектрической проницаемости сегнетоэлектрика

(5.6)

и изучить зависимость ε (E), измеряя отклонения у при разных U. Работу по переполяризации единицы объёма сегнетоэлектрика можно рассчитать по формуле (2.11), которая для рассматриваемого случая преобразуется следующим образом. В сегнетоэлектрике всегда P >> ε0 E, тогда и . Учитывая (5.5) и одинаковое направление векторов и , можно утверждать, что

, (5.7)

т.е. работа по переполяризации единицы объёма сегнетоэлектрика пропорциональна площади петли гистерезиса.

 

 

Выполнение работы

I. Определение коэрцитивной силы, остаточной поляризации, работы по определению переполяризации сегнетоэлектрика.

1. Проверить целостность соединений блоков экспериментальной установки в соответствии с рис. 4.1.

2. Установить ручку ” Рег. U “ на панели кассеты ФПЭ - 02 в крайнее левое положение.

3. Включить осциллограф, кассету ФПЭ - 02 и цифровой вольтметр.

4. Установить род работы вольтметра в положение ” ~ U “, нажать кнопку “ АВП ”, регулятор напряжения на кассете – в среднее положение.

5. На экране осциллографа получить петлю гистерезиса. При необходимости ручками ↕и↔расположить петлю симметрично относительно начала координат.

6. Изменяя положение ручки ” Рег. U “ на панели кассеты и чувствительность осциллографа добиться, чтобы петля занимала большую часть экрана.

7. Измерить координаты нескольких точек петли гистерезиса, результаты измерений занести в табл.6.1. Если у осциллографа не предусмотрено изменение чувствительности kх по оси х, то величину kх определить, измеряя отклонение по оси х и напряжение на вольтметре, kх = U / n, где n – число делений на экране по оси х, занимаемое петлей.

8. По полученным результатам начертить на миллиметровой бумаге петлю гистерезиса и измерить ее площадь в квадратных делениях.

9. По формулам (5.5) рассчитать остаточную поляризацию и коэрцитивную силу сегнетоэлектрика.

10. По формуле (5.7) рассчитать работу по переполяризации сегнетоэлектрика.

 

Таблица 6.1

Оси Чувстви-тельность, В/дел Координаты Остаточная поляризация Коэрцитивная сила Насыщение
х          
y          

 

II. Определение зависимости диэлектрической проницаемости ε сегнетоэлектрика от напряженности электрического поля.

1. Регулятор ” Рег. U “ на панели кассеты поставить в положение, близкое к максимальному.

2. Установить петлю на всей площади экрана осциллографа.

3. Измерить напряжение на сегнетоэлектрике цифровым вольтметром. Результаты записать в табл. 6.2.

4. Измерить координату y0, соответствующую точке А/ (рис.2.3) насыщения сегнетоэлектрика. В табл.6.2 записать измеренное значение y0 и чувствительность kх.

5. Уменьшить напряжение U, снова измерить значения ky, y0 и U для новой петли. Если нет насыщения, то измерить координату y0, соответствующую вершине петли.

6. Измерения по п. 2.5. провести еще 5 раз для различных значений U.

7. Рассчитать величину диэлектрической проницаемости по формуле (5.6) для всех измеренных значений U.

8. Построить график зависимости ε (U).

Таблица 6.2

U  
Ky  
Y0  
Ε  

Требования к отчету

Отчет должен содержать:

1) номер, название и цель работы;

2) краткий конспект теоретической части с расчетными формулами;

3) экспериментальные данные, представленные в табл. 6.1, 6.2;

4) расчеты коэрцитивной силы, остаточной поляризации и работы по переполяризации сегнетоэлектрика;

5) график зависимости диэлектрической проницаемости от приложенного напряжения;

6) вывод по результатам работы.

 

 

Контрольные вопросы

1. Что такое поляризованность диэлектрика?

2. Что такое вектор электрического смещения?

3. Что такое домены, и как они ведут себя в электрическом поле?

4. Что называют петлей гистерезиса?

5. Что такое остаточная поляризация и коэрцитивная сила? Как их определить по петле гистерезиса?

6. Как свойства сегнетоэлектрика зависят от температуры?

7. Какую физическую величину количественно определяет площадь петли гистерезиса?

8. Объясните электрическую схему экспериментальной установки.

9. От каких физических величин зависит отклонение электронного луча осциллографа по осям х и y?

10. Как зависит диэлектрическая проницаемость сегнетоэлектрика от напряженности поля?

 

 

Список литературы

1. Савельев И.В. Курс общей физики. В 5 кн. – М.: Наука, 1998. Кн.2

2. Трофимова Т. Н. Курс физики. – М.: Высшая школа, 1998.